输电线路防雷设计与运行措施

输电线路防雷设计与运行措施清华大学2011．1目录概述................................................................3引言................................................................41、输电线路雷击原理.................................................41.1输电线路防雷设计的意义......................................41.2输电线路防雷设计方法........................................52、输电线路雷击的原理..............................................62.1雷电放电的发展过程..........................................62.2雷电参数....................................................72.2.1雷暴日与雷暴小时.......................................72.2.2地面落雷密度...........................................82.2.3雷电流幅值.............................................82.3输电线路防雷计算............................................92.3.1输电线路的感应雷过电压计算.............................92.3.2输电线路的直击雷过电压和耐雷水平.....................103、输电线路设计与运行中的防雷措施..................................123.1合理选择输电线路路径.......................................133.2架设避雷线.................................................133.2.1架设避雷线............................................133.2.2采用绝缘避雷线防雷....................................143.3降低杆塔接地电阻...........................................153.3.1避雷线与塔脚电阻相配合................................153.3.2输电线路接地装置的形式................................153.3.3目前降低杆塔接地电阻的方法............................163.4安装线路避雷器.............................................173.5架设耦合地线...............................................183.6采用中性点非有效接地方式...................................183.7装设自动从合闸装置.........................................193.8某些重点地段的保护措施.....................................193.8.1发电厂及变电所进线端的保护............................193.8.2对线路交叉跨越档的保护................................203.8.3对大跨越档的保护......................................203.9合理选择输电线路绝缘配合...................................213.9.1绝缘子串的选择........................................213.9.2塔头空气间隙和绝缘的选择..............................243.9.3加强线路绝缘..........................................243.9.4线路采用不平衡绝缘方式...............................24结论...............................................................25致谢...............................................................27参考文献...........................................................28概述电闪雷鸣是一种自然现象。我国雷电分布特点是：夏季多于春秋季，陆地多余海洋，山区多余平原，南方多余北方。雷电电压高达数百万伏，瞬间电流可高达十万安培。因此，一次雷电的放电时间虽然只有0.01秒左右，但其释放出的能量缺大的惊人。雷电如果击到人或动物身上，由于雷电电流很大，电压很高，能使人或动物的心脏和大脑发生麻痹而造成伤亡。由于雷电流很大会产生大量的热能，雷电具有热的破坏效应，如果碰到易燃物品，就有造成火灾的危险。雷电流还会引起显著的机械性破坏。如各种砖的烟囱、高塔、钟楼、房屋、树木及其他建筑物遭到直接雷击时，往往会引起严重的倒塌和劈裂等现象，每年全国各地都有这种情况大声，造成很大的损失。雷电的主要危害有以下几种：1、电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。2、电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，并产生大量热能，在雷击点的热量会很高，可导致金属熔化，引发火灾和爆炸。3、雷电流机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象导致财产损失和人员伤亡。4、雷电流经典感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大亮点和，当雷电小时来不及流散时，既会产生高电压发生放电现象从而导致火灾。5、静电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。6、电流的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路断路而燃烧导致火灾。7、雷电流能破坏电力系统的各个元件，有可能造成发电机、电力变压器、断路器和其他电气设备绝缘损坏，线路上的绝缘子也会因雷击而发生闪络或破碎、导线烧断和木质电杆被雷劈裂等事故。引言本文首先阐述了输电线路雷击放电的原理，介绍了雷电放电的发展过程，雷电压和雷电流形成过程，瓷瓶击穿放电的原理，并提出了雷电参数、耐雷水平、雷击跳闸率、感应雷和直击雷的主要计算方法。本文还论述了目前我国输配电线路防雷设计中常用的集中方法，并对几种方法进行了深入阐述、定量分析。文章还指出了输电线路特殊地段的防雷设计方法；并通过运用备用自投装置、重合闸装置等来提高线路跳闸情况下的供电可靠性。1、输电线路雷击原理1.1输电线路防雷设计的意义输电线路是电力系统的大动脉，它将巨大的电能输送到四面八方，是连接各个变电站、各重要用户的纽带。输电线路的安全运行，直接影响到了电网的稳定和向用户的可靠供电。因此，输电线路的安全运行在电网中占据举足轻重的地位，是实现“强电强网”的需要，也是向工农业生产、广大人民生活提供不间断电力的需要。由于我国地处温带（部分地区属于亚热带气候），所以雷电活动比较强烈。漫长的输电线路穿过平原、山区、跨越江河湖泊，遇到的地理条件和气象条件各不相同，所以遭受电击的机会较多。据统计，我国电力系统各类事故、障碍统计中，输、配电线路的雷害事故占有很大的比例。由于输电线路对于保“网”的重要地位，如何减少输电线路的雷害事故成为电力系统安全稳定运行的一项重要课题。输电线路雷害事故引起的条咋，不但影响电力系统的正常供电，增加输电线路及开关设备的维修工作量，而且由于输电线路上的恶落雷，雷电波还会沿线路侵入变电所。而在电力系统中，线路的绝缘最强，变电所次之，发电机最弱，若发电厂、变电所的设备保护不完善，往往会引起其设备绝缘损坏，影响安全供电。由此可见，输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的关键。做好输电线路的防雷设计工作，不仅可以提高输电线路本身的供电可靠性，而且可以使变电所，发电厂安全运行得到保障。1.2输电线路防雷设计方法目前，我国输电线路防雷设计主要有以下几个方面：1、合理选择线路路径；2、架设避雷线；3、降低杆塔接地电阻；4、在部分地段装设避雷器；5、提高线路整体绝缘水平。这几种方法在目前的输电线路防雷设计中运用得非常多，在线路路径受地形和投资限制，选择范围不大的情况下，架设避雷线，降低杆塔接地电阻、装设避雷器、提高线路绝缘水平成为防雷设计的主要方法。避雷线、杆塔接地电阻、避雷器、线路绝缘的设计标准在各类规程和技术规范都有较为详细的阐述。在选择设计输电线路的防雷设施时，应按照当地的累点活动情况、系统的中性点接地方式、输电线路的绝缘情况、有无自动重合闸或备用自投装置、负荷的重要程度等各项条件来综合考虑，并按照技术经济比较的结果来做出决定采用最佳保护方案。在输电线路防雷设计中，必须紧密结合当前电力生产和建设中的课题，不断收集和积累各种数据和资料，经常总结防雷保护工作中的经验教训，提出新的更加有效地保护技术措施，制造相应的保护装置，以满足不断发展的电网要求。输电线路防雷保护工作必须一切从实际出发，要充分听取各种意见，科研、设计、施工和运行部门应紧密结合，通力协作，根据当地雷电活动情况和电力网的具体特点等，进行充分的技术经济论证，保证防雷保护的设计方案技术先进、方案合理。2、输电线路雷击的原理2.1雷电放电的发展过程通常雷击引起的电力系统过电压，称为大气过电压。雷云放电在设备上产生的过电压，是由于雷云的影响而产生的，所以也称作雷电过电压。大气过电压可分为直击雷过电压和感应雷过电压。雷直接击于电气设备或输电线路时，巨大的雷电流在被击物上流过造成的过电压，成为直击雷过电压；雷击电气设备、输电线路附近的地面或其他物体时，由于电磁感应和静电感应在电气设备或输电线路上产生的过电压，成为感应雷过电压。作用于输电线路的大气过电压是由雷云对地放电所引起的。雷云就是积聚了大量电荷的云层。关于雷云带点的机理，迄今为止没有同意的定论。通常认为，在含有饱和水蒸气的大气中，当遇到强烈的上升气流时，会使空气中水滴带电，这些带点的水滴被气流所驱动，逐渐在云层的某部位集中起来，就形成带电雷云。雷云中的电荷一般不是在云中均匀分布的，而是集中在几个带电中心。测量数据表明，雷云的上部分带正电荷，下部带负电荷。正电荷云层分布在大约4-10km的高度，负电荷云层分布在大约1.5-5km的高度。直接击向地面的放电通常从负电荷中心的边缘开始。雷云对大地的放电通常包括若干次重复的放电过程，而每次放电又可分为先导放电、主放电和余辉放电三个主要阶段。雷云下部大部分带负电荷，故绝大多数的雷击是负极性的。雷云中的负电荷会在附近地面感应出大量正电荷，当云中某一电荷中心的电荷较多，雷云与大地之间局部的电场强度达到大气游离所需的电场强度（约25-30kv/cm)时，就会使空气游离。当某一段空气游离后，这段空气就由原来的绝缘状态变为导电性的通道，称为先导放电。先导通道是分级向下发展的，每级先导发展的速度相当高，但每发展到一定的长度（约25m~50m）就有一个（30~90）μs的间歇。所以它的平匀发展速度较慢（相对于主放电而言），约为（1~8）×105m/s，出现